利用AFM观察细菌吸附到固体表面形成生物沉积膜的过程

利用原子力显微镜(atomicforcemicroscope,AFM)得到高分辨率的硫酸盐还原菌(sulfate2reducingbacteria,SRB)形貌,通过测量Si3N4探针与SRB细胞之间的作用力,分析SRB和腐蚀产物等物质构成的生物沉积膜与H7021AB铜片之间吸附力的变化。结果表明,探针与SRB细胞表面的作用力为-3181nN～-4116nN,与细胞边缘的作用力为-4107nN～-4180nN,后者的作用力明显大于前者。

微生物腐蚀(microbiologicallyinducedcorrosion,MIC)在电力行业循环冷却水系统中极为常见,微生物生命活动的结果间接地对金属腐蚀的电化学过程产生影响,促使腐蚀增加,其关键在于金属表面生物沉积膜内微生物及其与金属基体间的相互作用。因此,了解该沉积膜的形成及特性,对认识微生物腐蚀的作用机制具有重要意义。

原子力显微镜作为一种新型的分析技术,为生物沉积膜的研究提供了良好的手段,它可以分析表面的纳米量级结构,具有独特的高分辨率成像能力,能观察到腐蚀表面的微观形貌及细微变化,并且观察样品不受样品导电性限制,可在各种环境条件下进行成像,在生物医学、纳米材料及表面科学[4]等领域都具有广泛的应用。

利用AFM可以观察硫酸盐还原菌SRB在不锈钢表面形成的生物沉积膜,测量细菌细胞的宽度、高度及细菌鞭毛和胞外聚合物膜的厚度,同时还可以鉴别基底的表面粗糙度,了解腐蚀裂隙的宽度和直径等。Bremer等利用AFM观察铜表面形成的微生物膜,发现细菌与铜表面的点蚀密切相关。通过AFM的探测力-距离曲线来分析和比较细菌在固体表面动态和静态粘附时侧向和垂直向相互作用力,发现细菌分泌的细菌胞外聚合物和鞭毛结构在粘附过程和微生物膜形成中均具有重要作用。因此利用AFM观察细菌吸附到固体表面形成生物沉积膜的过程,并结合电化学研究能够更好地说明微生物腐蚀的各种因素的影响。

为研究SRB对发电厂凝气器铜管的腐蚀,利用AFM观察SRB在凝气器铜管7021AB表面吸附形成生物沉积膜的特性,并根据AFM的Si3N4探针与SRB细胞之间的作用力来分析细菌生物沉积膜与铜片之间吸附力。

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